Appunti di ingegneria delle fondazioni - Appunti di ingegneria delle Fondazioni 5 PREMESSA Questi appunti

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  • Appunti di

    ingegneria delle fondazioni

    Alessandro Flora, Renato Lancellotta e Carlo Viggiani

  • A. Flora, R. Lancellotta, C. Viggiani

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  • Appunti di ingegneria delle Fondazioni

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    INDICE

    Premessa……………………………………………………………………………………… 5

    1. Richiami di Meccanica dei Terreni

    1.1. Introduzione………………………………………………………………………… 8

    1.2. Il principio delle tensioni efficaci………………………………………………….. 9

    1.3. Condizioni drenate e non drenate, consolidazione…………………………….. 11

    1.4. L’influenza della storia tensionale e il concetto di tensione di snervamento… 13

    1.5. Resistenza a taglio: stato critico, dilatanza, resistenza di picco……………… 15

    1.6. Resistenza a taglio non drenata………………………………………………… 19

    2. Indagini in sito e profilo stratigrafico

    2.1. Cenni introduttivi…………………………………………………………….……. 21

    2.2. Programmazione delle indagini in sito……………………………………..…… 22

    2.3. Informazioni richieste alle indagini in sito……………………………….……... 25

    2.4. Regime delle acque sotterranee………………………………….…………….. 28

    2.5. Definizione del modello geotecnico……………………………….……………. 29

    3. Esigenze di base per l’analisi e il progetto di una fondazione

    3.1. Il sistema terreno – fondazione – sovrastruttura………………….…………… 31

    3.2. Stato limite ultimo…………………………………………………….…………… 32

    3.3. Stato limite di servizio………………………………………………….…………. 33

    4. Fondazioni superficiali o dirette

    4.1. Tipologia…………………………………………………………..….…………… 36

    4.2. Carico limite……………………………………………………………………….. 37

    4.3. Previsione dei cedimenti…………………………………………………………. 38

  • A. Flora, R. Lancellotta, C. Viggiani

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    5. Fondazioni su pali

    5.1. Introduzione……………………………………………………….….…….…….. 44

    5.2. Principali tipi di palo…………………………………………………..….………. 45

    5.3. Carico limite di un palo singolo sotto carichi verticali…………….….….……. 48

    5.4. Carico limite di un gruppo di pali sotto carichi verticali………….……..…….. 50

    5.5. Cedimento del palo singolo……………………………………….……..……… 51

    5.6. Cedimenti del gruppo di pali…………………………………………………….. 51

    5.7. Pali sotto carichi orizzontali…………………………………………….………… 53

    Riferimenti bibliografici………………………….………………………..………………….. 56

  • Appunti di ingegneria delle Fondazioni

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    PREMESSA

    Questi appunti sono nati da un invito rivolto agli autori dall’editore Hevelius, che, in

    tempi di distanziamento sociale, continua a rimanere vicino ai lettori, offrendo in

    rete stimolanti pagine di lettura che ci ricordano che tornerà la primavera, così

    come in passato era tornata dopo altre buie stagioni. E allora perché non essere

    vicini anche ai lettori di geotecnica, studenti e professionisti, considerato l’impegno

    da sempre profuso da Hevelius nella diffusione della cultura geotecnica? Un invito,

    dunque, al quale è sembrato difficile non aderire.

    Beninteso, queste pagine non costituiscono un corpo organico, non vogliono

    esserlo e non se ne sarebbe nemmeno sentito il bisogno, considerata la

    disponibilità di tanti ottimi testi anche nella nostra lingua, alcuni tra l’altro di

    recentissima pubblicazione.

    Come sottolinea il titolo si tratta di appunti, con una certa predilezione per il

    frammento piuttosto che per la completezza, e con il desiderio di raccontare la

    materia in modo semplice ma senza indebite semplificazioni.

    Questi appunti riflettono quella quasi naturale tendenza che si fa strada

    quando, con il sommarsi delle stagioni, subentra il desiderio di sfrondare, di potare,

    lasciando solo quei rami forieri di produzione che possono leggersi come strumenti

    minimi per una corretta analisi del comportamento meccanico dei terreni e delle

    strutture con essi interagenti.

    Come si sa, qualsiasi problema di Ingegneria Geotecnica può essere affrontato

    con due approcci, sensibilmente diversi fra di loro. Il primo di essi, più avanzato e

    senza dubbio più alla moda, è basato su analisi numeriche a elementi finiti o alle

    differenze finite, adottando relazioni costitutive sofisticate e analizzando i processi

    accoppiati del mezzo multifase. Il secondo approccio, che era l’unico disponibile

    fino a qualche decennio fa, si basa invece sul cosiddetto “armamentario

    convenzionale” dell’ingegnere geotecnico, e cioè su un complesso di procedimenti

    approssimati e semiempirici, strettamente collegati a metodi di indagine semplici,

    affidabili e largamente diffusi.

    Un uso appropriato di questo armamentario richiede la comprensione dei

    fenomeni e quindi la capacità di modellare il problema di progetto nell’ambito di

  • A. Flora, R. Lancellotta, C. Viggiani

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    schemi semplici; richiede inoltre una buona dose di esperienza. Questo sta

    portando gli ingegneri, soprattutto i più giovani, a propendere per il primo

    approccio, che viene largamente ritenuto più obiettivo, più rigoroso, e meno

    soggetto alla scomoda necessità di comprensione e di esperienza. Ma basta

    provare a svolgere un’analisi numerica FEM o DEM del più semplice dei problemi

    di progetto per rendersi conto di quanto i risultati dipendano da dettagli di

    modellazione apparentemente secondari, oppure da variazioni anche piccole di

    qualche parametro costitutivo. Vaughan et al, (2004) affermano autorevolmente

    che: “A difficulty of advanced numerical analysis is that the knowledge and skill

    required to perform numerical analyses is substantially greater than for the simple

    methods of approximate analysis to which we have become accustomed”. E,

    aggiungiamo noi, la determinazione dei parametri caratterizzanti il terreno nelle

    sofisticate relazioni costitutive elasto-visco-plastiche con incrudimento isotropo o

    cinematico e via raffinando, richiede un livello di indagine e di sperimentazione

    possibile solo in casi di grande importanza. Sebbene quindi non si voglia in alcun

    modo svilire l’utilità delle analisi numeriche più avanzate, si vuole in questa sede

    semplicemente sottolineare il fatto che la raffinatezza delle analisi non corrisponde

    necessariamente ad un’accuratezza delle previsioni, ed è quindi alto il rischio nel

    loro uso di una mancanza di percezione dell’incertezza del risultato, spesso

    oscurata dalla gradevolezza multicolore dei diagrammi di sintesi delle elaborazioni.

    Secondo noi, il semplice armamentario convenzionale dell’ingegnere

    geotecnico è più che sufficiente per risolvere in sicurezza la maggior parte dei

    problemi della progettazione geotecnica quotidiana. Esso inoltre può svolgere

    anche un importante ruolo di rapida valutazione dei risultati di calcolazioni più

    complesse.

    Ma, come fare per l’esperienza e la comprensione? L’esperienza non deve

    essere necessariamente personale: nei trattati, nei manuali, nella letteratura

    tecnica e scientifica esistono tesori di esperienza raccolta e resa disponibile. Noi

    abbiamo cercato di spremerne qualche succo, e offrirlo qui ai lettori.

    Per la comprensione, è necessario avere ben chiaro il quadro di riferimento nel

    quale si inseriscono i metodi di calcolo qui richiamati. Così nei nostri appunti c’è il

    richiamo al concetto di continui sovrapposti con il principio delle tensioni efficaci,

  • Appunti di ingegneria delle Fondazioni

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    c’è la lettura dei terreni come materiali dotati di memoria, si descrive quella

    peculiarità dei mezzi particellari sinteticamente indicata con il termine dilatanza,

    che vede l’esistenza di variazioni di volume associate a sforzi di taglio; ingredienti

    questi che, opportunamente coniugati tra loro, hanno dato vita nel tempo anche ai

    modelli elasto-plastici incrudenti e alla teoria dello stato critico. E che, tornando a

    quello che vuole essere lo spirito di questi appunti, sono di aiuto e di orientamento

    nelle applicazioni, senza che necessariamente si debba fare ricorso a sofisticati

    algoritmi.

    Si dice sovente che la missione dell’ingegnere sia quella di dare concretezza

    alle